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Leitung Frühwarnsystem für Vulkanausbruch robust verkabelt

| Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Sandra Häuslein

Die nächste Eruption der Hekla könnte heftig werden. Ein Netz aus Seismometern soll deshalb in den Bauch des isländischen Vulkans schauen und rechtzeitig Alarm schlagen. Die Daten laufen über ein besonders robustes Kabel von Lapp.

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Im Jahr 2000 war die Hekla, Vulkan im Süden Islands, zuletzt aktiv. Die derzeitige Ruhepause ist verdächtig lang, finden Geophysiker. Daher überwachen sie mit Seismometern die minimalsten Bewegungen des Vulkans.
Im Jahr 2000 war die Hekla, Vulkan im Süden Islands, zuletzt aktiv. Die derzeitige Ruhepause ist verdächtig lang, finden Geophysiker. Daher überwachen sie mit Seismometern die minimalsten Bewegungen des Vulkans.
(Bild: gemeinfrei / CC0 )

Wann bricht die Hekla aus? 1970, 1980, 1991 und 2000 war der gefährliche Vulkan im Süden Islands zuletzt aktiv und spie Aschefontänen bis zu 30 Kilometer in die Höhe. Doch seit 2000 hat sich der 1491 Meter hohe Vulkan nicht mehr gemeldet – verdächtig lange finden die Geophysiker. „Die Hekla kann jeden Moment ausbrechen“, warnt Martin Möllhoff, „und je länger die Ruhephase dauert, umso heftiger wird der Ausbruch.“ Möllhoff leitet die technische Abteilung an der School of Cosmic Physics des Institute for Advanced Studies im irischen Dublin. Er überwacht mit Seismometern etliche Vulkane weltweit, neuerdings auch die Hekla. Die Sonden registrieren schwache Beben im Erdboden, die Vorboten eines Ausbruchs sind. Die letzten Ausbrüche machten sich erst 30 bis 80 Minuten vorher in den seismischen Messkurven bemerkbar, wenn die Seismometer anschlagen, ist also Eile geboten.

Seismometer messen Minibeben

Das Team von Martin Möllhoff hat sechs Seismometer auf dem Krater installiert. Sie bestehen aus einem Metallzylinder, der eine Masse aus einer temperaturstabilen Metalllegierung enthält. Die wird mit einer elektronischen Rückkopplungsschleife nahezu bewegungslos gehalten. Bebt der Boden, vibriert das Gehäuse, während die Masse wegen ihrer Trägheit der Bewegung nicht folgt. Die Position der Masse relativ zum Gehäuse wird gemessen und die Rückkopplungsschleife übt – je nach Fabrikat – eine magnetische oder eine elektrostatische Gegenkraft aus. Die zur Erzeugung dieser Kraft benötigte Spannung ist der Messwert, der digital erfasst wird. Die Seismometer erkennen Bewegungen von wenigen Nanometern (1 Nanometer = 1 Millionstel Millimeter).

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Normalerweise werden die Daten gespeichert und nur alle paar Wochen ausgelesen, um Energie zu sparen. Die Vorwarnzeit an der Hekla ist aber dafür zu kurz, die Daten müssen sofort übermittelt werden. Möllhoffs Team hat sich für ein Kabel von Lapp entschieden, das auch die Energie für die Seismometer überträgt, erzeugt von drei kleinen Windrädern und einer Solarzelle. Insgesamt soll der Energieverbrauch so niedrig wie möglich sein.

Lieferant des Kabels ist Johan Rönning, der Marktführer für elektrische Ausrüstung in Island. Johan Rönning importiert und vertreibt Lapp-Produkte auf Island und liefert für die meisten Installationen der Geophysiker die elektrischen Komponenten. Das Unternehmen arbeitet mit Lapp schon seit 1985 zusammen. „Wir sind sehr glücklich mit der Kooperation“, sagt Óskar Gústavsson, Key Account Manager bei Johan Rönning. Gústavsson lobt den guten Support durch versierte Experten von Lapp, „außerdem ist Lapp exzellent was die Lieferzeiten angeht.“

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Robustes Kabel zur Daten- und Energieübertragung

Das Kabel von Lapp punktet mit seiner Robustheit. Im harten Vulkanboden kann man es nicht vergraben, es wird einfach über messerscharfem Vulkangestein abgerollt. Dort muss es mechanischem Abrieb standhalten und den mitunter frostigen Temperaturen im isländischen Winter. Aber auch die Hitze macht dem Kabel zu schaffen, denn das Gestein kann hier über der dünnen Erdkruste des mittelatlantischen Rückens heiß sein, in einem halben Meter Tiefe messen die Geophysiker bereits 50 °C. Außerdem strömen an manchen Stellen hochkorrosive Gase aus dem Boden.

Das passende Kabel hat Bergur Bergsson ausgewählt. Der Ingenieur am isländischen meteorologischen Büro suchte gezielt nach einem Vaseline-gefüllten Ethernet-Kabel mit vier Twisted-Pair-Adern, mit Abschirmung und robustem Außenmantel. Bergssons Kollegen verwenden solche Kabel in seismischen Messnetzen seit 15 Jahren. Zum Beispiel in einem ähnlichen Projekt am größten isländischen Gletscher, dem Vatnajökull. Dass die Wahl diesmal wieder auf Lapp fiel, verdankt das Unternehmen seiner Webseite mit Suchfunktion. „Dort haben wir genau das gefunden, was wir brauchten“, sagt Bergsson. „Außerdem ist Lapp in der Kabelbranche eine sehr vertrauenswürdige Marke.“

Petrolat-Füllung im Kabel schützt gegen Feuchte

Bergur Bergsson hat sich für ein Außenkabel für Verbindungen in der Telekommunikation entschieden. Das Kabel besitzt vier Aderpaare umhüllt mit einem Aluminium-beschichteten Kunststoffband, das die Abschirmung übernimmt. Der Außenmantel aus PE ist beständig gegen UV-Licht, außerdem ist er querwasserdicht, das heißt, es dringt keine Feuchtigkeit durch den Mantel. Dringt an den Enden Wasser ein, an den Anschlüssen im Seismometer oder am Modem der Datenzentrale oder an einem Riss, der an einem scharfen Gegenstand entstanden ist, kann sich dieses Wasser ebenfalls nicht ausbreiten. Dazu ist das Kabel mit Petrolat gefüllt, landläufig als Vaseline bekannt.

Martin Möllhoff ist mit der Leistung des Kabels sehr zufrieden. Die Energieversorgung der Seismometer mit 60 V Gleichspannung sei stabil, ebenso die Datenübertragung, die über getrennte Aderpaare in beide Richtungen erfolgt. So können die Vulkanologen aus der Ferne Einstellungen der Seismometer ändern. Die Messanlage arbeitet ohne Probleme, das erste Seismometer sammelt pro Monat 1,5 Gigabyte an Daten ein und schickt sie live nach Reykjavik und Dublin.

Dauerhaftes Frühwarnsystem entwickeln

Bisher deutet nichts auf einen bevorstehenden Ausbruch der Hekla hin. Die Messkampagne soll bis zur nächsten Eruption fortgeführt werden. Das Ziel ist, zu erforschen, wie sich bevorstehende Ausbrüche in den Messdaten niederschlagen, um Hinweise für die Entwicklung eines dauerhaften Frühwarnsystems zu gewinnen. Ein solches System könnte dann auch auf anderen Vulkanen installiert werden. Martin Möllhoff: „Es gibt noch genug unerforschte Vulkane und viele offene Fragen.“

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